專利名稱：改進(jìn)的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過(guò)程變送器，其主要包括響應(yīng)于過(guò)程變量的變換器或傳感器。過(guò)程變量只要涉及物質(zhì)的化學(xué)或物理狀態(tài)或能量轉(zhuǎn)換。過(guò)程變量的示例包括壓力、溫度、流量、電導(dǎo)率、pH值和其他屬性。壓力被認(rèn)為是基本過(guò)程變量，在于壓力可以用來(lái)測(cè)量流量、液位和甚至溫度。
背景技術(shù)：
壓力變送器通常用在工業(yè)過(guò)程中，以測(cè)量和監(jiān)控各種工業(yè)過(guò)程流體的壓力，這些工業(yè)過(guò)程流如為泥漿、液體、蒸汽和化工氣體、紙漿、石油、天然氣、藥品、食品和其他液體型加工植物。壓差變送器通常包括一對(duì)過(guò)程壓力流體輸入端，該對(duì)過(guò)程壓力流體輸入端可操作地連接或耦合(couple)到響應(yīng)于這兩個(gè)輸入之間的壓力差的壓差傳感器(位于變送器內(nèi))。壓差變送器通常包括可操作地連接到一對(duì)隔離膜片的壓差傳感器。所述隔離膜片定位在過(guò)程流體入口處并將壓差傳感器與被檢測(cè)的苛刻過(guò)程流體隔離。壓力通過(guò)從隔離膜片延伸到壓差傳感器的通道中載送的基本不可壓縮填充流體從過(guò)程流體傳送到壓差傳感器。過(guò)程流體壓力變送器通常通過(guò)儀器歧管或法蘭連接或耦合(couple)到過(guò)程。一種類型的布置提供在一對(duì)大致共面端口中呈現(xiàn)過(guò)程流體壓力入口的儀器歧管。這種歧管的一個(gè)示例以可以從美國(guó)明尼蘇達(dá)州Chanhassen市的羅斯蒙德公司獲得的商標(biāo)名Model305 Coplanar 出售。共面設(shè)計(jì)使得能夠集成無(wú)法蘭閥，并且通常提供緊湊、重量輕的組件。此外，共面設(shè)計(jì)有利于過(guò)程中校準(zhǔn)，并且提供大體上比傳統(tǒng)的非平面歧管變送器組件更少的可能泄漏點(diǎn)。過(guò)程流體壓力變送器一般被認(rèn)為是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并且它可以安裝在現(xiàn)場(chǎng)?！艾F(xiàn)場(chǎng)” 一般是過(guò)程安裝中的可能會(huì)受到極端氣候、振動(dòng)、濕度變化、電磁或射頻接口、或其他環(huán)境影響的外部區(qū)域。因此，過(guò)程流體壓力變送器的堅(jiān)固的物理包裝為變送器提供了每次在“現(xiàn)場(chǎng)”長(zhǎng)時(shí)間(如多年)運(yùn)行的能力。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊。該模塊包括共面基底和殼體。共面基底具有一對(duì)過(guò)程流體壓力入口，每個(gè)過(guò)程流體壓力入口具有隔離膜片。殼體在共面基底和殼體之間的分界面處連接到共面基底。壓差傳感器可操作地連接到該對(duì)過(guò)程流體壓力入口，并且鄰近共面基底設(shè)置在殼體內(nèi)。


圖1說(shuō)明示例性的現(xiàn)有壓力變送器的前視圖。圖2圖示模塊殼體的斜剖視圖。圖3是現(xiàn)有共面壓力傳感器模塊和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的法蘭的示意性透視圖。圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的改進(jìn)的共面壓力傳感器模塊的分解透視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的共面壓力傳感器模塊的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式圖1圖示示意性現(xiàn)有壓力變送器100的前視圖。壓力變送器100包括封裝電子電路的電子外殼101和容納隔離膜片、壓力傳感器和相關(guān)傳感器電路的壓力傳感器模塊殼體102。壓力傳感器模塊殼體102通過(guò)螺栓105栓接到壓力法蘭104。螺栓105還穿過(guò)法蘭適配器接頭(adapter union) 118。法蘭適配器接頭118具有可連接到帶螺紋的過(guò)程管道(未圖示)的螺紋入口。壓力法蘭104提供一個(gè)或多個(gè)過(guò)程流體壓力到變送器100用于壓力測(cè)量。壓力變送器100連接到過(guò)程回路103，過(guò)程回路103使壓力變送器100通電并且提供在過(guò)程控制系統(tǒng)中使用的雙向通信。壓力傳感器模塊殼體102包括隔離膜片110(見(jiàn)圖2)，隔離膜片110直接地焊接到壓力傳感器模塊殼體102。殼體102還包括在隔離膜片110周圍的成標(biāo)準(zhǔn)圖案的帶螺紋的螺栓孔112。圖2說(shuō)明壓力傳感器模塊殼體102的斜剖視圖。壓差傳感器140位于壓力傳感器模塊殼體102內(nèi)部并且通過(guò)管142、144連接到隔離膜片110。隔離膜片110直接地焊接到壓力傳感器模塊殼體102。電路板146提供與來(lái)自壓差傳感器140的處理電信號(hào)相關(guān)的電路。扁平電纜卷軸148容納扁平電纜，扁平電纜提供從電路板146到電子元件外殼體(如在圖1所示的外殼101)中的電路的電連接。共面壓力傳感器模塊對(duì)于最終過(guò)程流體壓力變送器的整體成本來(lái)說(shuō)是重要因素。對(duì)于這種顯著成本的原因之一是，為了提供這樣堅(jiān)固的零件，共面壓力傳感器模塊由合金不銹鋼熔模鑄造件(investment cast)鑄造和加工件構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，共面壓力傳感器模塊的每個(gè)部分的設(shè)計(jì)約束都被單獨(dú)地考慮，并且被定制用于特定需求。雖然根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的共面壓力傳感器模塊的整體組件可能變得比現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜，但這樣的實(shí)施例允許針對(duì)不同的應(yīng)用的靈活性和減少對(duì)某些部件的成本的能力，同時(shí)潛在地向其他部件添加更大的結(jié)構(gòu)完整性。圖3是現(xiàn)有共面壓力傳感器模塊和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓力法蘭的示意透視圖。正如圖3所示，壓力傳感器模塊102是一個(gè)單一的熔模鑄造不銹鋼加工件。相比之下，圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的改進(jìn)的共面壓力傳感器模塊的分解示意透視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，模塊192包括多個(gè)部件。具體來(lái)說(shuō)，模塊192包括共面基底194和殼體196。殼體196優(yōu)選地是帶螺紋的。共面基底194和帶螺紋的殼體196在模塊生產(chǎn)過(guò)程中連接在一起，并且完成的組件在視覺(jué)上類似于現(xiàn)有技術(shù)的共面壓力傳感器模塊102。共面基底194和殼體196在分界面處接合。如在本文中所使，分界面意圖指示兩個(gè)不同的部件接合的點(diǎn)、線、平面或位置。共面基底194仍然可以由鑄模鑄造件構(gòu)造而成，但其也可以是鍛造的或者甚至從板材切割的。帶螺紋的殼體196可以被鑄造、鍛造、拉制、螺紋切削或由管材構(gòu)造而成。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，共面基底194和帶螺紋的殼體196可以由不同材料構(gòu)造。這種差異可以在不同等級(jí)的不銹鋼中體現(xiàn)，例如，共面基底194可由316不銹鋼構(gòu)造，而帶螺紋的殼體196可以由304不銹鋼或碳素鋼構(gòu)造。在這兩個(gè)部件從相同基本材料(如不銹鋼)構(gòu)造的實(shí)施例中，兩個(gè)部件可以使用諸如弧惰性氣體保護(hù)鎢極電弧焊(TIG)的方法焊接在一起。然而，本發(fā)明的實(shí)施例也包括由不同于用于共面基底的金屬(諸如鋁)構(gòu)造的帶螺紋的殼體196。在這樣的實(shí)施例中，不銹鋼共面基底194和帶螺紋的鋁殼體196之間的直接焊接是不實(shí)際的。相反地，兩個(gè)部件優(yōu)選地使用冷收縮配合和型鍛機(jī)械地固定在一起的。型鍛是眾所周知的工藝，其用來(lái)改變(放大或縮小)管和/或管道的直徑。如圖2所示，壓差傳感器140可以是具有大致圓筒形形狀的類型。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，共面基底194可以包括碗或碟型凹陷198，凹陷198允許壓力傳感器140定位低于現(xiàn)有技術(shù)模塊。這也降低整個(gè)組件的整體高度，并且進(jìn)一步降低材料成本。更小的物理尺寸通常提供低材料成本的優(yōu)勢(shì)。為了進(jìn)一步減小共面壓力傳感器模塊組件192的尺寸，通常設(shè)置在壓力傳感器模塊內(nèi)的電路板146可以被徹底移除，并且放置在上部電子外殼101中。這允許殼體高度進(jìn)一步降低。這種高度和寬度的降低能夠?qū)崿F(xiàn)較薄的壁，從而進(jìn)一步降低材料成本。在一些實(shí)施例中，溫度傳感器也可以設(shè)置在帶螺紋的殼體內(nèi)，以協(xié)助為壓力提供準(zhǔn)確的溫度補(bǔ)償。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的共面壓力傳感器模塊的橫截面視圖。模塊292不同于模塊192 (見(jiàn)圖4)之處在于，模塊292由三個(gè)分立部件構(gòu)成。具體來(lái)說(shuō)，模塊292由共面基底294、管狀殼體296和加強(qiáng)件300構(gòu)造。在圖5的實(shí)施例中，組件的最復(fù)雜的部分是共面基底294。優(yōu)選地，當(dāng)與共面基底194相比時(shí)，共面基底294相對(duì)較薄，并且使用金屬注射成型法形成，或使用適應(yīng)復(fù)雜的形狀和部件的制造的一些其他合適的技術(shù)形成。由于其較薄的構(gòu)造，基底294 —般不足夠堅(jiān)硬以其自身形成到過(guò)程法蘭的強(qiáng)大密封。代替地，設(shè)置了加強(qiáng)板300，其在分界面302處靠在共面基底294上。加強(qiáng)板300包括多個(gè)螺栓孔，螺栓孔優(yōu)選地允許組件292以與現(xiàn)有技術(shù)完全相同的方式安裝在到共面歧管。但是，如果具體產(chǎn)品應(yīng)用需要極高壓力，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地提供更堅(jiān)固或更厚的加強(qiáng)板300而調(diào)整這種因素。帶螺紋的殼體296優(yōu)選地包括唇狀部304，唇狀部304在直徑上大于管狀殼體296從中穿過(guò)的孔306。因此，一旦加強(qiáng)板筋300固定到位，帶螺紋的殼體296北歐夾在加強(qiáng)板300和基板294之間。帶螺紋的殼體296優(yōu)選地包括O形圈凹槽308，O形圈凹槽308被配置為包含彈性O(shè)形圈，該彈性O(shè)形圈用于在帶螺紋的殼體296被夾在加強(qiáng)板300和基板294之間時(shí)將帶螺紋的殼體296密封到共面基底294。雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例中描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，所述模塊包括: 共面基底，具有一對(duì)過(guò)程流體壓力入口，每個(gè)過(guò)程流體壓力入口具有隔離膜片； 殼體，在共面基底和殼體之間的分界面處連接到共面基底； 壓差傳感器，可操作地連接到該對(duì)過(guò)程流體壓力入口，并且鄰近共面基底設(shè)置在殼體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中共面基底由第一金屬形成并且殼體由與第一金屬不同的材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中殼體由與第一金屬不同等級(jí)的材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中第一金屬是不銹鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中共面基底和殼體通過(guò)焊接在分界面處連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中殼體由不同于第一金屬的金屬形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中所述不同的材料是鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中共面基底通過(guò)冷縮配合在分界面處連接至殼體。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所 述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中共面基底通過(guò)型鍛在分界面處連接至殼體。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中共面基底包括被配置為容納壓差傳感器的凹槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中使用金屬注射成型法形成共面基底。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中通過(guò)鑄造法形成殼體。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中殼體是鍛造形成的。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中殼體是拉制形成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中殼體是螺紋切削形成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中殼體是由管材形成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，進(jìn)一步包括具有孔的加強(qiáng)板，殼體穿過(guò)所述孔，加強(qiáng)板被配置為將殼體夾在加強(qiáng)板和共面基底之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中殼體包括唇狀部，該唇狀部具有大于所述孔的直徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中殼體包括用于將O形圈保持在其中的O形圈表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中壓差傳感器直接地連接到設(shè)置在與所述殼體分開(kāi)的電子外殼中的電路板。
21.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，還包括設(shè)置在殼體內(nèi)的溫度傳感器。
22.一種共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，所述模塊包括: 鋼制共面基底，具有一對(duì)過(guò)程流體壓力入口，每個(gè)過(guò)程流體壓力入口具有隔離膜片；圓筒形殼體，該圓筒形殼體在鋼制共面基底和圓筒形殼體之間的分界面處連接到共面基底，圓筒形殼體具有外螺紋部；和 壓差傳感器，可操作地連接到該對(duì)過(guò)程流體壓力入口，并且鄰近共面基底設(shè)置在圓筒形殼體內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中圓筒形殼體也由鋼形成，并且焊接到鋼制共面基底。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中圓筒形殼體由與鋼制共面基底不同的材料 形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊，其中圓筒形殼體通過(guò)型鍛連接到鋼制共面基底。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種共面過(guò)程流體壓力傳感器模塊。該模塊包括共面基底和殼體。共面基底具有一對(duì)過(guò)程流體壓力入口，每個(gè)過(guò)程流體壓力入口具有隔離膜片。殼體在共面基底和殼體之間的分界面處連接到共面基底。壓差傳感器可操作地連接到該對(duì)過(guò)程流體壓力入口，并且鄰近共面基底設(shè)置在殼體內(nèi)。
文檔編號(hào)G01L19/14GK103091031SQ201210050120
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者羅伯特·C·海德克, 戴維·A·布羅登 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司